頻譜分析儀的檢波方式

采用數(shù)字顯示，需要確定對每個顯示數(shù)據(jù)點(diǎn)，應(yīng)該用什么樣的值來代表。無論我們在顯示器上使用多少個數(shù)據(jù)點(diǎn)，每個數(shù)據(jù)點(diǎn)必須能代表某個頻率范圍或某段時間間隔（盡管在討論頻譜分析儀時通常并不會用時間）內(nèi)出現(xiàn)的信號。這個過程好似先將某個時間間隔的數(shù)據(jù)都放到一個信號收集單元（bucket）內(nèi)，然后運(yùn)用某一種必要的數(shù)學(xué)運(yùn)算從這個信號收集單元中取出我們想要的信息比特，隨后這些數(shù)據(jù)被放入存儲器再被寫到顯示器上。這種方法提供了很大的靈活性。

●取樣檢波

只選取每個信號收集單元的中間位置的瞬時電平值作為數(shù)據(jù)點(diǎn)，這就是取樣檢波模式。為了使顯示跡線看起來是連續(xù)的，設(shè)計了一種能描繪出各點(diǎn)之間矢量關(guān)系的系統(tǒng)。跡線上的點(diǎn)數(shù)越多，就越能真實(shí)地再現(xiàn)模擬信號。

取樣檢波方式能很好的體現(xiàn)噪聲的隨機(jī)性，但取樣檢波方式并不適用于所有信號，也不能反映顯示信號的真實(shí)峰值，當(dāng)分辨率帶寬小于采樣間隔（如信號收集單元的寬度）時，取樣檢波模式會給出錯誤的結(jié)果。采用取樣檢波模式時，只有當(dāng)梳狀信號的混頻分量剛好處在中頻的中心處時，它的幅度才能被顯示出來。

●（正）峰值檢波

確保所有正弦波的真實(shí)幅度都能被記錄的一種方法是顯示每個信號收集單元內(nèi)出現(xiàn)的最大值，這就是正峰值檢波方式，或者叫峰值檢波。

峰值檢波是許多頻譜分析儀默認(rèn)的檢波方式，因為無論分辨率帶寬和信號收集單元的寬度之間的關(guān)系如何，它都能保證不丟失任何正弦信號。不過，與取樣檢波方式不同的是，由于峰值檢波只顯示每個信號收集單元內(nèi)的最大值而忽略了實(shí)際的噪聲隨機(jī)性，所以在反映隨機(jī)噪聲方面并不理想。因此，將峰值檢波作為第一檢波方式的頻譜儀一般還提供取樣檢波作為補(bǔ)充。

●負(fù)峰值檢波

負(fù)峰值檢波方式顯示的是每個信號收集單元中的最小值。大多數(shù)頻譜儀都提供這種檢波方式，盡管它不像其他方式那么常用。對于EMC測量，想要從脈沖信號中區(qū)分出CW 信號，負(fù)峰值檢波會很有用。另外，負(fù)峰值檢波還能應(yīng)用于使用外部混頻器進(jìn)行高頻測量時的信號識別。

●正態(tài)檢波

為了提供比峰值檢波更好的對隨機(jī)噪聲的直觀顯示并避免取樣檢波模式顯示信號的丟失問題，許多頻譜儀還提供正態(tài)檢波模式。

如果信號值在一個信號收集單元內(nèi)既有上升又有下降：則偶數(shù)號信號收集單元將顯示該單元內(nèi)的最小值（負(fù)峰值）。并記錄最大值，然后在奇數(shù)號信號收集單元中將當(dāng)前單元內(nèi)的峰值與之前（記錄的）一個單元的峰值進(jìn)行比較并顯示兩者中的較大值（正峰值）。如果信號在一個信號收集單元內(nèi)只上升或者只減小，則顯示峰值。這個處理過程可能引起數(shù)據(jù)點(diǎn)的最大值顯示過于偏向右方，但此偏移量通常只占掃寬的一個很小的百分?jǐn)?shù)，一些頻譜分析儀，通過調(diào)節(jié)本振的起止頻率來補(bǔ)償這種潛在的影響。

峰值檢波最適用于從噪聲中定位 CW信號，取樣檢波最適用于測量噪聲，而既要觀察信號又要觀察噪聲時采用正態(tài)檢波最為合適。

●平均檢波

雖然現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制方案具有類噪聲特性，但取樣檢波不能提供我們所需的所有信息。比如在測量一個W-CDMA 信號的信道功率時，我們需要集成信號的均方根值，這個測量過程涉及到頻譜儀一定頻率范圍內(nèi)的信號收集單元的總功率，取樣檢波并不能提供這個信息。

雖然一般頻譜儀是在每個信號收集單元內(nèi)多次收集幅度數(shù)據(jù)，但取樣檢波只保留這些數(shù)據(jù)中的一個值而忽略其他值。而平均檢波會使用該時間（和頻率）間隔內(nèi)的該信號收集單元內(nèi)所有數(shù)據(jù)，一旦數(shù)據(jù)被數(shù)字化并且我們知道其實(shí)現(xiàn)的環(huán)境，便可以將數(shù)據(jù)以多種方法處理從而獲得想要的結(jié)果。

某些頻譜儀將功率（基于電壓的均方根值）取平均的檢波稱為 rms（均方根） 檢波。平均檢波功能包括功率平均、電壓平均和信號的對數(shù)平均。不同的平均類型可以通過按鍵單獨(dú)選擇：

※功率（rms）平均

功率（rms）平均是對信號的均方根電平取平均值，這是將一個信號收集單元內(nèi)所測得的電壓值取平方和再開方然后除以頻譜儀輸入特性阻抗（通常為 50 Ω）而得到。功率平均計算出真實(shí)的平均功率，最適用于測量復(fù)雜信號的功率。

※電壓平均

電壓平均是將一個信號收集單元內(nèi)測得的信號包絡(luò)的線性電壓值取平均。在 EMI 測試中通常用這種方法來測量窄帶信號（這部分內(nèi)容將在下一節(jié)做進(jìn)一步討論）。電壓平均還可以用來觀察 AM 信號或脈沖調(diào)制信號（如雷達(dá)信號、TDMA 發(fā)射信號）的上升和下降情況。

※對數(shù)功率（視頻）平均

對數(shù)功率（視頻）平均是將一個信號收集單元內(nèi)所測得的信號包絡(luò)的對數(shù)幅度值（單位為 dB）取平均。它最適合用來觀察正弦信號，特別是那些靠近噪聲的信號。

因此，使用功率為平均類型的平均檢波方式提供的是基于 rms 電壓值的真實(shí)平均功率，而平均類型為電壓的檢波器則可以看作是通用的平均檢波器。平均類型為對數(shù)的檢波器沒有其他等效方式。

采用平均檢波測量功率較取樣檢波有所改進(jìn)。取樣檢波需要進(jìn)行多次掃描以獲取足夠的數(shù)據(jù)點(diǎn)來提供精確的平均功率信息。平均檢波使得對信道功率的測量從某范圍內(nèi)信號收集單元的求和變成代表著頻譜儀某段頻率的時間間隔的合成。在快速傅立葉變換（FFT）頻譜儀中，用于測量信道功率的值由顯示數(shù)據(jù)點(diǎn)的和變?yōu)榱?FFT 變換點(diǎn)之和。在掃頻和FFT兩種模式下，這種合成捕獲所有可用的功率信息，而不像取樣檢波那樣只捕獲取樣點(diǎn)的功率信息。所以當(dāng)測量時間相同時，平均檢波的結(jié)果一致性更高。在掃描分析時也可以簡單地通過延長掃描時間來提高測量結(jié)果的穩(wěn)定性。

●EMI檢波器：平均檢波和準(zhǔn)峰值檢波

平均檢波的一個重要應(yīng)用是用于檢測設(shè)備的電磁干擾（EMI）特性。在這種應(yīng)用中，電壓平均方式可以測量到可能被寬帶脈沖噪聲所掩蓋的窄帶信號。在 EMI 測試儀器中所使用的平均檢波將取出待測的包絡(luò)并使其通過一個帶寬遠(yuǎn)小于 RBW 的低通濾波器，此濾波器對信號的高頻分量（如噪聲）做積分（取平均）運(yùn)算。若要在一個沒有電壓平均檢波功能的老式頻譜分析儀中實(shí)現(xiàn)這種檢波類型，需將頻譜儀設(shè)置為線性模式并選擇一個視頻濾波器，它的截止頻率需小于被測信號的最小 PRF（脈沖重復(fù)頻率）。

準(zhǔn)峰值檢波（QPD）同樣也用于 EMI 測試中。QPD 是峰值檢波的一種加權(quán)形式，它的測量值隨被測信號重復(fù)速率的下降而減小。也就是，一個給定峰值幅度并且脈沖重復(fù)速率為 10Hz的脈沖信號比另一個具有相同峰值幅度但脈沖重復(fù)速率為1kHz的信號準(zhǔn)峰值要低。這種信號加權(quán)是通過帶有特定充放電結(jié)構(gòu)的電路和由CISPR13 定義的顯示時間常量來實(shí)現(xiàn)。